(57)【要約】 【課題】  ｐ型クラッド層に絶縁膜が積層される半導体レーザ素子において、ｐ型クラッド層に生じる熱応力を抑制し、半導体レーザ素子のバルク劣化を抑制可能な半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】  ｎ型クラッド層８、活性層９およびリッジ部１９が形成されるｐ型クラッド層１０を積層方向に順次積層して化合物半導体多層構造２を形成し、ｐ型クラッド層１０を成す材料に対して、屈折率差があり熱膨張係数が近似する絶縁材料からなる絶縁膜３を化合物半導体多層構造２の積層方向に積層する。【選択図】      図１
2006012899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に順次積層される第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層を少なくとも備えるとともに、前記第２クラッド層にストライプ状に形成されるリッジ部が含まれる化合物半導体多層構造であって、
前記第２クラッド層に、この第２クラッド層を成す材料に対し、屈折率差を有しかつ熱膨張係数が近似する絶縁材料から成る絶縁膜を積層することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
絶縁材料は、アルミナ膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
絶縁膜は、膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
絶縁膜には、前記第２クラッド層に作用する熱応力を緩和するための保護膜をさらに積層することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
保護膜は、酸化珪素、窒化珪素および珪素のうちのいずれか１つから成ることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
保護膜は、膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
一方向に第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層とを順次積層し、前記第２クラッド層にストライプ状に形成されるリッジ部を形成する化合物半導体多層構造製造工程と、
前記第２クラッド層に、この第２クラッド層を成す材料に対し、屈折率差を有しかつ熱膨張係数が近似する絶縁材料を積層し絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜に、前記第２クラッド層に作用する熱応力を緩和する保護膜を積層する保護膜形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ピックアップなどの半導体レーザ素子が使用される機器では、半導体レーザ素子から発せられるレーザ光の高出力化および半導体レーザの作動電流の低減が望まれている。このような要求を満たす半導体レーザ素子として、リッジ導波型半導体レーザ素子、いわゆる実屈折率導波型半導体レーザ素子が提供されている。
【０００３】
図７は、従来の技術の半導体レーザ素子１００を概略示す正面図である。半導体レーザ素子１００は、リッジ導波型半導体レーザ素子であり、ｎ型基板１０１上にｎ型バッファ層１０２とｎ型クラッド層１０３と活性層１０４とｐ型クラッド層１０５とを一方向に順次積層して構成される。ｐ型クラッド層１０５には、一方向に突出するストライプ状の突起部１０６が形成される。突起部１０６の前記一方向に臨む表面部には、キャップ層１０７が形成される。突起部１０６とキャップ層１０７とによってリッジ部１０８を構成する。さらにｐ型クラッド層１０５の一方向に臨む表面部およびリッジ部１０８の幅方向両面部には、保護膜１０９が積層される。保護膜１０９は、酸化珪素および窒化珪素からなる絶縁性を有する薄膜である。キャップ層１０７の一方向に臨む表面部には、ｐ型オーミック電極１１０が形成される。前記ｐ型オーミック電極１１０および保護膜１０９には、これらを覆うようにダイボンド電極１１１が形成される。またｎ型基板１０１の一方向と反対側方向に臨む表面部には、ｎ型オーミック電極１１２が形成され、さらに前記ｎ型オーミック電極１１２を覆うようにワイヤーボンド電極１１３が形成される。
【０００４】
図８Ａ、ＢおよびＣは、半導体レーザ素子１００の製造工程を順を追って示す図である。図８Ａ（ａ）に示すように、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型基板１０１上に、ｎ型バッファ層１０２とｎ型クラッド層１０３と活性層１０４とｐ型クラッド層１０５とキャップ層１０７とを一方向に順次積層する。次に図８Ａ（ｂ）に示すように、キャップ層１０７から他方向にむかってエッチングし、ストライプ状のリッジ部１０８を形成する。次に図８Ａ（ｃ）に示すようにｐ型クラッド層１０５およびリッジ部１０８を覆うように保護膜１０９を積層する。次に図８Ｂ（ｄ）に示すように前記保護膜１０９上にフォトレジスト膜１１４を形成し、図８Ｂ（ｅ）に示すように、リッジ部１０８の上面部に形成されるフォトレジストを除去し、リッジ部１０８の上面部に形成される保護膜１０９を露出させる。ここで上面部とは、一方向に臨む表面部である。次に図８Ｂ（ｆ）に示すように、前記露出する保護膜１０９を除去し、リッジ部１０８の上面部を露出させる。次に図８Ｃ（ｇ）に示すように、フォトレジスト膜１１４およびリッジ部１０８の上面部にｐ型オーミック電極１１０を形成し、ｎ型基板１０１の他方向に臨む表面部にｎ型オーミック電極１１２を形成する。さらに図８Ｃ（ｈ）に示すように、ｐ型オーミック電極１１０のリッジ部１０８の上面部以外に形成される部分を除去する。最後に図８Ｃ（ｉ）に示すように、保護膜１０９およびｐ型オーミック電極１１０を覆うようにダイボンド電極１１１を形成し、ｎ型オーミック電極１１２を覆うようにワイヤーボンド電極１１３を形成することによって半導体レーザ素子１００を構成することができる。
【０００５】
このようにして構成される半導体レーザ素子１００は、リッジ部１０８だけから電流が注入されるので、低電流であっても注入される電子をリッジ部１０８の下部に集中させ、高出力のレーザ光を発することができる（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−９４１８１号公報（第４−５頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術の半導体レーザ素子１００は、低電流で動作が可能となり、高出力のレーザ光を出力できる。半導体レーザ素子１００は、このような高出力のレーザ光を発するとともに半導体レーザ素子１００内での非発光再結合に基づく発熱を生じる。それ故、半導体レーザ素子１００は、各層が熱膨張し熱応力を生じる。半導体レーザ素子１００では、ｐ型クラッド層１０５がアルミ砒素（ＡｌＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）の熱膨張係数の高い材料で形成され、保護膜が酸化珪素などの熱膨張係数の低い材料で形成される。このように形成されると、ｐ型クラッド層１０５には、熱応力が発生し、それにともなって活性層に歪みおよび結晶欠陥が生じる。これによって非発光再結合が多くなりバルク劣化を引き起こす。バルク劣化は、レーザ光の発光を阻害する。このため前記半導体レーザ素子１００は、半導体レーザ素子１００のレーザ光の発光寿命が短い。
【０００８】
本発明の目的は、ｐ型クラッド層に絶縁膜が積層される半導体レーザ素子において、ｐ型クラッド層に生じる熱応力を抑制し、半導体レーザ素子のバルク劣化を抑制可能な半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一方向に順次積層される第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層を少なくとも備えるとともに、前記第２クラッド層にストライプ状に形成されるリッジ部が含まれる化合物半導体多層構造であって、
前記第２クラッド層に、この第２クラッド層を成す材料に対し、屈折率差を有しかつ熱膨張係数が近似する絶縁材料から成る絶縁膜を積層することを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００１０】
本発明に従えば、第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層が順次積層される化合物半導体多層構造を構成することができる。第２クラッド層には、ストライプ状に形成されるリッジ部が含まれる。これによって化合物半導体多層構造からレーザ光を発光させることができる。また第２クラッド層には、第２クラッド層を成す材料に対し、絶縁材料から成る絶縁膜が積層される。絶縁膜が絶縁材料から成るので、第２クラッド層の所望の箇所にだけ正孔を注入する電流狭窄が可能である。これによって第２クラッド層の所望の箇所に正孔を集中させることができる。絶縁材料は、第２クラッド層を成す材料に対し屈折率差を有する。これによって化合物半導体多層構造を導波するレーザ光を第２クラッド層に閉じ込めることができる。さらに絶縁材料は、第２クラッド層を成す材料に対し熱膨張係数が近似する。これによって絶縁膜と第２クラッド層との熱膨張量の差を小さくすることができ、この熱膨張差に基づいて発生する第２クラッド層の熱応力を未然に抑制できる。
【００１１】
また本発明は、絶縁材料は、アルミナ膜であることを特徴とする。
本発明に従えば、絶縁材料としてアルミナが用いられる。アルミナは、絶縁性を有し、第２クラッド層を成す材料に対し、屈折率差を有しかつ熱膨張係数が近似する材料である。絶縁材料にアルミナを用いることによって絶縁膜を実現することができる。
【００１２】
また本発明は、絶縁膜は、膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の絶縁膜が第２クラッド層に積層される。これによって絶縁膜が第２クラッド層から剥離することを抑制することができる。
【００１４】
また本発明は、絶縁膜には、前記第２クラッド層に作用する熱応力を緩和するための保護膜をさらに積層することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、絶縁膜に保護膜が積層される。保護膜は、第２クラッド層に作用する熱応力を緩和する。絶縁膜を第２クラッド層に積層することによって作用する第２クラッド層の熱応力を緩和することができる。したがって第２クラッド層に作用する熱応力をさらに小さくすることができる。
【００１６】
また本発明は、保護膜は、酸化珪素、窒化珪素および珪素のうちのいずれか１つから成ることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、保護膜は、酸化珪素、窒化珪素および珪素のうちいずれか１つの材料から成る。これによって絶縁膜によって生じる第２クラッド層の熱応力を緩和する保護層を実現することができる。
【００１８】
また本発明は、保護膜は、膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、本発明に従えば、膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の保護膜が第２クラッド層に積層される。これによって保護膜が絶縁膜から剥離することを抑制することができる。
【００２０】
また本発明は、一方向に第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層とを順次積層し、前記第２クラッド層にストライプ状に形成されるリッジ部を形成する化合物半導体多層構造製造工程と、
前記第２クラッド層に、この第２クラッド層を成す材料に対し、屈折率差を有しかつ熱膨張係数が近似する絶縁材料を積層し絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
【００２１】
本発明に従えば、化合物半導体工程では、第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層を順次積層し化合物半導体多層構造を構成する。これによってレーザ光が発光可能な化合物半導体多層構造を構成することができる。絶縁膜形成工程では、第２クラッド層を成す材料に対し、屈折率差を有しかつ熱膨張係数が近似する絶縁材料を前記第２クラッド層に積層して、第２クラッド層上に絶縁膜を形成する。このような工程を経て製造することによって、化合物半導体多層構造に前述のような絶縁膜が積層される半導体レーザ素子を製造することができる。
【００２２】
また本発明は、前記絶縁膜に、前記第２クラッド層に作用する熱応力を緩和する保護膜を積層する保護膜形成工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、保護膜形成工程では、第２クラッド層に作用する熱応力を緩和する保護膜を絶縁膜に積層する。これによって第２クラッド層に作用する熱応力を緩和することができる半導体レーザ素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、絶縁膜は、第２クラッド層の所望の位置にキャリアである正孔を集中させることができ、半導体レーザ素子の内部を導波するレーザ光を閉じ込めることができる。これによって半導体レーザ素子は、低電流で作動可能であって高出力のレーザ光を発光することができる。絶縁膜は、第２クラッド層と熱膨張係数が近似するので、熱膨張差に基づく第２クラッド層に作用する熱応力を抑制できる。このように第２クラッド層に作用する熱応力を抑制できるので、前記熱応力に起因する活性層の歪みおよび結晶欠陥の発生を抑制できる。このような歪みおよび結晶欠陥は、非発光再結合が生じ発熱する。活性層での歪み結晶欠陥の発生を抑制することによって、活性層での非発光再結合を抑制することができる。換言すると、非発光再結合中心の生成、増殖および移動を抑制することができ、これに伴うバルク劣化を抑制できる。バルク劣化を抑制すると、バルク劣化に起因するダークリージョン（Dark Region：略称ＤＲ）およびダークライン（Dark Line
Defect：略称ＤＬＤ）の発生を抑制できる。
【００２５】
本発明によれば、絶縁材料としてアルミナを用いることによって、絶縁膜を実現することができる。すなわち低電流で作動可能であって高出力のレーザ光を発光することができ、バルク劣化に起因するＤＲおよびＤＬＤの発生が抑制される半導体レーザ素子を実現することができる。
【００２６】
本発明によれば、絶縁膜の膜厚を１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下にすると、絶縁膜が第２クラッド層との界面で剥離することを抑制できる。これによって絶縁膜を第２クラッド層に確実に積層できる。したがって第２クラッド層に絶縁膜を積層することによって奏する所期効果を確実に得ることができる。
【００２７】
本発明によれば、保護膜は、第２クラッド層に作用する熱応力を緩和することができる。このように第２クラッド層に作用する熱応力を緩和できるので、熱応力に起因する活性層の歪みおよび結晶欠陥の発生を抑制できる。活性層の歪みおよび結晶欠陥の発生を抑制することによって、非発光再結合中心の生成、増殖および移動を抑制することができる。これによって非発光再結合中心の生成、増殖および移動よるバルク劣化を抑制でき、バルク劣化に起因するＤＲおよびＤＬＤの発生を、絶縁膜だけを積層する場合に比べてさらに抑制できる。
【００２８】
本発明によれば、酸化珪素、窒化珪素および珪素のうちいずれか１つを用いることによって、保護膜を実現することができる。すなわち絶縁膜だけを積層する場合に比べて、バルク劣化に起因するＤＲおよびＤＬＤの発生をさらに抑制可能な半導体レーザ素子を実現することができる。
【００２９】
本発明によれば、保護膜が絶縁膜との界面で剥離することを抑制できる。これによって保護膜と絶縁膜とが離隔することを抑制し、保護膜を絶縁膜に確実に積層できる。したがって絶縁膜に保護膜を積層することによって奏する所期効果を確実に得ることができる。
【００３０】
本発明によれば、絶縁膜を第２クラッド層に積層するので、第２クラッドに所望の位置に正孔を集中させることができ、半導体レーザ素子内部を導波するレーザ光を閉じ込めることができる半導体レーザ素子を製造することができる。このようにキャリアである正孔を集中させ、導波するレーザ光を閉じ込めることによって低電流で高出力のレーザ光を発生させることができる。つまり半導体レーザ素子製造方法によって、低電流で高出力のレーザ光を発生可能な半導体レーザ素子を製造することができる。また本発明によって製造される半導体レーザ素子は、絶縁膜が第２クラッド層を成す材料と熱膨張係数が近似するので、第２クラッド層に作用する熱応力を未然に抑制できる。このように第２クラッド層に作用する熱応力を抑制すると、前記熱応力に伴うバルク劣化を抑制し、バルク劣化に起因するＤＲおよびＤＬＤの発生を抑制できる。すなわち半導体レーザ素子製造方法によって、ＤＲおよびＤＬＤの発生を抑制可能な半導体レーザ素子を製造することできる。
【００３１】
本発明によれば、保護層によって第２クラッド層に作用する熱応力を緩和することができる半導体レーザ素子を製造することができる。これによって前記熱応力に伴うバルク劣化を抑制し、バルク劣化に起因するＤＲおよびＤＬＤの発生をさらに抑制できる。つまりＤＲおよびＤＬＤがさらに抑制される半導体レーザ素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子１を概略示す正面図である。半導体レーザ素子１は、実屈折率導波型の半導体レーザ素子であり、レーザ光を発光可能に構成される。半導体レーザ素子１は、たとえば光ピックアップなどに用いられる。半導体レーザ素子１は、略直方体に構成される。ただし半導体レーザ素子１の形状は、略直方体に限定されない。半導体レーザ素子１は、化合物半導体多層構造２と絶縁膜３と保護膜４と電極５とが含まれる。
【００３３】
化合物半導体多層構造２には、ｎ型基板６、ｎ型バッファ層７、ｎ型クラッド層８、活性層９、ｐ型クラッド層１０およびｐ型キャップ層１１が含まれる。ｎ型基板６、ｎ型バッファ層７、ｎ型クラッド層８および活性層９は、それぞれ略板状に形成され、厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が略矩形状になるように形成される。
【００３４】
ｎ型基板６は、その厚み方向一方に臨む表面部に半導体結晶を結晶成長可能に構成される。またｎ型基板６は、電極５に含まれるｎ型オーミック電極１２とオーミック接触可能に構成される。本実施の形態では、ｎ型基板６は、第１導電型であるｎ型のガリウム砒素（以下単に「ｎ−ＧａＡｓ」と呼ぶ場合がある）によって構成される。ｎ型バッファ層７は、ｎ型基板６とｎ型クラッド層８とが界面で剥離することを抑制可能に構成される。すなわちｎ型バッファ層７は、ｎ型基板６とｎ型クラッド層８とが格子緩和することを抑制可能に構成され、たとえば格子定数がｎ型基板６より大きくｎ型クラッド層８より小さいｎ型半導体によって形成される。本実施の形態では、ｎ型バッファ層７は、ガリウム砒素によって形成される。
【００３５】
第１クラッド層であるｎ型クラッド層７は、活性層９より禁制帯が大きく、屈折率が小さいｎ型半導体によって形成される。本実施の形態では、ｎ型クラッド層８は、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓで表わされるｎ型のアルミガリウム砒素によって構成される。ガリウム砒素は、表１に示すように、熱膨張係数が６．９×１０−６／Ｋである。アルミ砒素は、熱膨張係数が５．２×１０−６／Ｋである。またアルミガリウム砒素は、アルミ砒素が約３％混晶する場合の屈折率が３．６１であり、アルミ砒素が約１３％混晶する場合の屈折率が３．５６である。
【００３６】
【表１】
2006012899.tif 000003
【００３７】
活性層９は、化合物半導体多層構造２を構成する他の各層より禁制帯が小さい材料によって構成される。活性層９は、キャリアである電子および正孔を注入可能に構成される。このように活性層９は、禁制帯が他の各層より小さく、電子および正孔が注入可能に構成されているので、活性層９にキャリアの閉じ込め可能に構成される。また活性層９は、前記注入される電子と正孔とを発光再結合させて、レーザ光を発生させ活性層９内部を導波可能に構成される。本実施の形態では、活性層９は、アルミガリウム砒素（以下単に「ＡｌＧａＡｓ」と呼ぶ場合がある）によって形成される。
【００３８】
第２クラッド層であるｐ型クラッド層１０には、厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が略矩形状に形成される板状部１３と、板状部１３の厚み方向一方に突出する凸条部１４とが含まれる。板状部１３は、その断面形状が活性層９の断面形状と略同一となるように形成される。凸条部１４は、前記板状部１３の厚み方向の一表面部の幅方向中間部にストライプ状に形成される。凸条部１４は、板状部１３の長手方向一端から他端にわたって形成され、その突出する方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が矩形状に形成される。ただし凸条部１４は、このような形状に限定されない。ｐ型クラッド層１０は、活性層９より禁制帯が大きく、屈折率が小さい第２導電型であるｐ型の半導体によって形成される。本実施の形態では、ｐ型クラッド層８は、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓで表わされるｐ型のアルミガリウム砒素によって形成される。
【００３９】
ｐ型キャップ層１１は、板状に形成される。ｐ型キャップ層１１は、厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が矩形状に形成され、前記断面の形状が凸条部１４の突出する方向に垂直な仮想平面に切断して見た断面の形状と略同一となるように形成される。ｐ型キャップ層１１は、電極５に含まれるｐ型オーミック電極１５とオーミック接触が取れるように構成される。本実施の形態では、ｐ型のアルミガリウム砒素（以下単に「ＡｌＧａＡｓ」と呼ぶ場合がある）によって形成される。
【００４０】
絶縁膜３は、ｐ型クラッド層１０の一表面部のうちの一部を除く表面部を被覆可能に構成される。ｐ型クラッド層１０の一表面部とは、厚み方向一表面部であって、凸条部１４が形成される側の表面部である。さらに具体的に説明すると、絶縁膜３は、前記板状部１３の非形成表面部１６および凸条部１４の幅方向両表面部を覆うように形成される。非形成表面部１６とは、板状部１３の一表面部であって凸条部１４が形成されない部分である。絶縁膜３は、ｐ型クラッド層１０より小さい屈折率を有し、その熱膨張係数がｐ型クラッド層１０との熱膨張係数と近似する絶縁材料によって形成される。近似するとは、略同一と同義であり、「略同一」には、同一が含まれる。具体的には、絶縁膜３とｐ型クラッド層１０との熱膨張係数の差が３×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。また絶縁膜３は、被覆表面部と厚み方向反対側の保護膜積層表面部に保護膜４を成す結晶を結晶成長可能な絶縁材料によって構成される。被覆表面部は、絶縁膜３の厚み方向一表面部であってｐ型クラッド層１０に対向する表面部である。また絶縁膜３は、結晶成長によってｐ型クラッド層１０に積層される。絶縁膜３は、膜厚を厚くすると、ｐ型クラッド層１０から剥離するので、その膜厚が薄く形成される。絶縁膜３の膜厚は、具体的には、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下に形成されることが好ましい。本実施の形態では、絶縁膜３を成す絶縁材料は、酸化アルミニウム（以下単に「アルミナ」と呼ぶ場合がある）である。アルミナは、表１に示すように屈折率が１．７５であり、熱膨張係数が８．６×１０−６／Ｋである。
【００４１】
保護膜４は、絶縁膜３の保護膜積層表面部を被覆可能に形成される。保護膜４は、ｐ型クラッド層１０に作用する熱応力を緩和可能に構成される。具体的に説明すると、絶縁膜３がｐ型クラッド層１０に対し熱膨張係数が大きい場合、保護膜４は、絶縁膜３に対して熱膨張係数が小さい絶縁材料によって形成される。逆に絶縁膜３がｐ型クラッド層１０に対し熱膨張係数が小さい場合、保護膜４は、絶縁膜３に対し熱膨張係数が大きい絶縁材料によって形成される。また保護膜４は、絶縁膜３の保護膜積層表面部に絶縁材料を結晶成長させることによって積層される。このとき保護膜４は、膜厚を厚くすると、絶縁膜３から剥離するので、その膜厚が薄くなるように形成される。保護膜４の膜厚は、具体的には、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下に形成されることが好ましい。本実施の形態では、保護膜４は、酸化珪素（ＳｉＯ２）によって形成される。酸化珪素は、表１に示すように、屈折率が１．４６であり、熱膨張係数が０．５×１０−６／Ｋである。本実施の形態では、絶縁膜３がｐ型クラッド層１０より熱膨張係数が大きいので、保護膜４は、絶縁膜３より熱膨張係数が小さくする必要があり、ＳｉＯ２を用いることによって実現できる。ただし保護膜４は、ＳｉＯ２に限定されるものではなく、たとえば表１に示す窒化珪素（ＳｉＮ）および珪素（Ｓｉ）であってもよく、絶縁膜３より熱膨張係数が小さいものであればよい。
【００４２】
電極５には、ｎ型オーミック電極１２、ワイヤボンド電極１７、ｐ型オーミック電極１５およびダイボンド電極１８が含まれる。ｎ型オーミック電極１２は、略板状に形成され、ｎ型オーミック電極１２の厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が略矩形状に形成される。またｎ型オーミック電極１２の前記断面の形状は、ｎ型基板６の厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面の形状と略同一となるように形成される。ｎ型オーミック電極１２は、ｎ型基板６とオーミック接触可能に構成される。ｎ型オーミック電極１２は、合金によって形成される。本実施の形態では、ｎ型オーミック電極１２は、金（Ａｕ）にゲルマニウム（Ｇｅ）が混入される合金によって形成される。
【００４３】
ワイヤボンド電極１７は、板状に形成され、厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が略矩形状に形成される。またワイヤボンド電極１７の前記断面の形状は、ｎ型オーミック電極１２の厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面の形状と略同一に形成される。ワイヤボンド電極１７は、図示しないパッケージ基板に形成される配線と金属細線で電気的に接続可能、すなわちパッケージ基板に半導体レーザ素子１をワイヤボンディングできるように構成される。ワイヤボンド電極１７は、ｎ型オーミック電極１２と電気的に接続可能に構成される。本実施の形態では、ワイヤボンド電極１７は、Ａｕによって形成される。
【００４４】
ｐ型オーミック電極１５は、ｐ型キャップ層１１の厚み方向一表面部を被覆可能に形成される。具体的には、ｐ型オーミック電極１５は、板状に形成され、厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が長手方向に伸びる矩形状に形成される。ｐ型オーミック電極１５の前記断面は、大略的には、ｐ型キャップ層１１の厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面と略同一に形成され、前記ｐ型キャップ層１１の断面に比べて幅方向の長さが大きく形成される。ｐ型オーミック電極１５は、ｐ型キャップ層１１とオーミック接触可能に構成される。ｐ型オーミック電極１５は、合金によって形成される。本実施の形態では、ｐ型オーミック電極１５は、金（Ａｕ）に亜鉛（Ｚｎ）が混入される合金によって形成される。
【００４５】
ダイボンド電極１８は、保護膜４を被覆可能に形成される。ダイボンド電極１８は、半導体レーザ素子１をパッケージ基板などにダイボンディングする際に、パッケージ基板にダイボンディング可能に構成される。ダイボンド電極１８は、パッケージ基板にダイボンディングされると、パッケージ基板に形成される配線と電気的に接続されるように構成される。またダイボンド電極１８は、ｐ型オーミック電極１５と電気的に接続可能に構成される。本実施の形態では、ダイボンド電極１８は、Ａｕによって形成される。
【００４６】
このような構成を有する半導体レーザ素子１は、以下のように各層を積層して形成される。ｎ型基板６には、ｎ型基板６の積層方向一表面部とｎ型バッファ層７の厚み方向一表面部とが互いに対向するように、ｎ型バッファ層７が積層される。積層方向とは、ｎ型基板６の厚み方向であり、半導体レーザ素子１を構成する各層が積層される方向である。ｎ型バッファ層７には、ｎ型バッファ層７の厚み方向他表面部とｎ型クラッド層８の厚み方向一表面部とが互いに対向するように、ｎ型クラッド層８が積層される。ｎ型クラッド層８には、ｎ型クラッド層８の厚み方向他表面部と活性層９の厚み方向一表面部とが互いに対向するように、活性層９が積層される。活性層９には、活性層９の厚み方向他表面部とｐ型クラッド層１０の厚み方向他表面部とが互いに対向するように、ｐ型クラッド層１０が積層される。ｐ型クラッド層１０の厚み方向他表面部とは、ｐ型クラッド層１０の一表面部の厚み方向反対側の表面部である。凸条部１４には、凸条部１４が板状部１３と対向する一表面部と高さ方向に反対側の他表面部とｐ型キャップ層１１とが互いに対向するようにｐ型キャップ層１１が積層される。このように凸条部１４にｐ型キャップ層１１を積層することによって、長手方向に伸びるストライプ状のリッジ部１９を形成する。このようにしてｎ型基板６上に、ｎ型バッファ層７、ｎ型クラッド層８、活性層９、ｐ型クラッド層１０およびｐ型キャップ層１１を積層方向に順次積層することによって化合物半導体多層構造２を形成する。このようにして形成される化合物半導体多層構造２は、積層方向一方に突出するリッジ部１９が設けられる略直方体に形成される。積層方向一方とは、ｎ型基板６に対してｎ型クラッド層８が積層される矢符Ｘ１方向と同義である。
【００４７】
化合物半導体多層構造２には、ｐ型クラッド層１０の非形成表面部１６およびリッジ部１９の幅方向両表面部を覆うように絶縁膜３が積層される。換言すると、絶縁膜３は、リッジ部１９の露出面部２０が積層方向一方に露出するように化合物半導体多層構造２の積層方向一方側の一表面部（以下単に「化合物半導体多層構造２の一表面部」と呼ぶ場合がある）を被覆して積層される。化合物半導体多層構造２の一表面部とは、積層方向両表面部のうち積層方向一方側の表面部であり、ｐ型クラッド層１０が形成される側の表面部である。露出面部２０とは、リッジ部１９の高さ方向の両表面部のうちｐ型キャップ層１１によって形成される表面部と同義である。絶縁膜３には、保護膜積層面部を覆うように保護膜４が積層される。換言すると、保護膜４は、リッジ部１９の露出面部２０が積層方向一方に露出するように絶縁膜３に積層される。リッジ部１９の露出面部２０には、前記露出面部２０とｐ型オーミック電極１５の厚み方向一表面部とが互いに対向し当接するように、ｐ型オーミック電極１５が積層される。ｐ型オーミック電極１５および保護膜４には、前記ｐ型オーミック電極１５および保護膜４を覆うようにダイボンド電極１８が積層方向一方に積層される。ダイボンド電極１８は、このように積層される状態で、半導体レーザ素子１が略直方体に形成されるように形成される。
【００４８】
化合物半導体多層構造２には、化合物半導体多層構造２の他表面部とｎ型オーミック電極１２の厚み方向一表面部とが対向するように、ｎ型オーミック電極１２が積層される。換言すると、ｎ型基板６には、ｎ型基板６の積層方向他表面部とｎ型オーミック電極１２とが互いに対向するように、ｎ型オーミック電極１２が積層される。さらにｎ型オーミック電極１２には、ｎ型オーミック電極１２の厚み方向他表面部とワイヤボンド電極１７の一表面部が互いに対向するように、ワイヤボンド電極１７が積層される。このように化合物半導体多層構造２に、絶縁膜３、保護膜４、ｐ型オーミック電極１５、ダイボンド電極１８、ｎ型オーミック電極１２およびワイヤボンド電極１７を積層方向に積層することによって半導体レーザ素子１を形成することができる。次にこのようにして形成される半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。
【００４９】
図２は、半導体レーザ素子１を製造する手順を簡略化して示すフローチャートである。図３は、半導体レーザ素子１を製造する手順を簡略化して示すフローチャートである。図４Ａは、半導体レーザ素子１を製造する手順の一部を概略示す図である。図４Ｂは、半導体レーザ素子１を製造する手順の一部を概略示す図である。図４Ｃは、半導体レーザ素子１を製造する手順の一部を概略示す図である。半導体レーザ素子１の製造方法の手順には、化合物半導体多層構造製造工程と、絶縁膜形成工程と、保護膜形成工程と、電極形成とが含まれる。半導体レーザ素子１の製造方法の手順は、ｎ型基板６を図示しない有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapour Deposition：略称ＭＯＣＶＤ）結晶成長装置の反応室内に載置し結晶成長を始めることによって、ステップａ０からステップａ１へ移行する。本実施の形態では、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置を用いているけれども、この装置には限定されない。本実施の形態において、上方とは、積層方向一方と同義であり、図１および図４の紙面上方と同義である。
【００５０】
化合物半導体多層構造製造工程であるステップａ１では、図４Ａ（ａ）に示すように、半導体レーザ素子１に含まれる化合物半導体多層構造２を製造するための工程である。化合物半導体多層構造製造工程には、ｎ型バッファ層積層工程と、ｎ型クラッド層積層工程と、活性層積層工程と、ｐ型クラッド層板積層工程と、ｐ型キャップ層板積層工程とリッジ部形成工程とが含まれる。ステップａ１へ移行すると、ステップｂ１が開始する。
【００５１】
ｎ型バッファ層積層工程であるステップｂ１は、ｎ型基板６の一表面部上にｎ型バッファ層７を積層する工程である。具体的には、ステップｂ１では、ＭＯＣＶＤ法によって、前記ｎ型基板６の一表面部上にｎ型バッファ層７を構成する半導体結晶を結晶成長させるとともにドナーをドーピングして、ｎ型基板６の一表面部上にｎ型バッファ層７を積層する。ｎ型基板６にｎ型バッファ層７が積層されると、ステップｂ１からステップｂ２へ移行する。
【００５２】
ｎ型クラッド層積層工程であるステップｂ２は、ｎ型バッファ層７にｎ型クラッド層８を積層する工程である。具体的には、ステップｂ２では、ＭＯＣＶＤ法によって、前記ｎ型バッファ層７にｎ型クラッド層８を構成する半導体結晶を結晶成長させるとともにドナーをドーピングして、ｎ型バッファ層７の他表面部上にｎ型クラッド層８を積層する。本実施の形態のステップｂ２では、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓを結晶成長させるために、半導体結晶の材料としてトリメチルアルミニウム（(ＣＨ3)3Ａｌ：略称ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（(ＣＨ3)3Ｇａ：略称ＴＭＧ）および水素化砒素（ＡｓＨ３：アルシンガス）が用いられ、ｎ型の不純物ドーパント材として六水素化二珪素（Ｓｉ２Ｈ６：ジシランガス）が用いられる。ｎ型バッファ層７にｎ型クラッド層８が積層されると、ステップｂ２からステップｂ３へ移行する。
【００５３】
活性層積層工程であるステップｂ３は、ステップｂ２で積層されるｎ型クラッド層８の他表面部に、活性層９を積層する工程である。具体的には、ステップｂ３では、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型クラッド層８の他表面部上に活性層９を構成する半導体結晶を結晶成長させて、ｎ型クラッド層８の他表面部に活性層９を積層する。本実施の形態のステップｂ３では、ｎ−Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓを結晶成長させるために、半導体結晶の材料としてトリメチルアルミニウム（(ＣＨ3)3Ａｌ：略称ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（(ＣＨ3)3Ｇａ：略称ＴＭＧ）および水素化砒素（ＡｓＨ３：アルシンガス）が用いられる。ｎ型クラッド層８の他表面部に活性層９が積層されると、ステップｂ３からステップｂ４へ移行する。
【００５４】
ｐ型クラッド層前駆体積層工程であるステップｂ４は、ステップｂ３で積層される活性層９の他表面部にｐ型クラッド層前駆体２１を積層するための工程である。ｐ型クラッド層前駆体２１は、板状に形成されるｐ型クラッド層１０の前駆体であり、エッチングされるとｐ型クラッド層１０が形成される。したがってｐ型クラッド層前駆体２１は、その厚みがｐ型クラッド層１０の板状部１３の厚みと凸条部１４の高さとの和と略同一に形成される。またｐ型クラッド層前駆体２１は、その厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見る断面とｐ型クラッド層１０の厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見る断面とが略同一である。具体的には、ステップｂ４では、ＭＯＣＶＤ法によって、活性層９の他表面部上にｐ型クラッド層１０を構成する半導体結晶を結晶成長させるとともにアクセプタをドーピングする。このように活性層９の他表面部上にｐ型クラッド層前躯体２１を積層する。本実施の形態のステップｂ４では、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓを結晶成長させるために、半導体結晶の材料としてトリメチルアルミニウム（(ＣＨ3)3Ａｌ：略称ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（(ＣＨ3)3Ｇａ：略称ＴＭＧ）および水素化砒素（ＡｓＨ３：アルシンガス）が用いられ、ｐ型の不純物ドーパント材としてジエチルジンク（(Ｃ2Ｈ5)2Ｚｎ：略称ＤＥＺ）が用いられる。活性層９の他表面部にｐ型クラッド層前駆体２１が積層されると、ステップｂ４からステップｂ５へ移行する。
【００５５】
ｐ型キャップ層板積層工程であるステップｂ５は、ｐ型クラッド層前駆体２１上にｐ型キャップ層前駆体２２を積層する工程である。ｐ型キャップ層前駆体２２は、板状に形成されるｐ型キャップ層１１の前躯体であり、エッチングされるとｐ型キャップ層１１が形成される。したがってｐ型キャップ層前駆体２２は、その厚みがｐ型キャップ層１１の厚みと略同一である。またｐ型キャップ層前駆体２２は、その厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見る断面とｐ型クラッド層前駆体２１の厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見る断面とが略同一である。具体的には、ステップｂ５では、ＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型クラッド層１０上にｐ型キャップ層１１を構成する半導体結晶を結晶成長させるとともにアクセプタをドーピングする。このようにｐ型クラッド層前駆体２１上にｐ型キャップ層前駆体２２を積層する。本実施の形態のステップｂ５では、ｎ−ＧａＡｓを結晶成長させるために、半導体結晶の材料としてトリメチルガリウム（(ＣＨ3)3Ｇａ：略称ＴＭＧ）および水素化砒素（ＡｓＨ３：（アルシンガス）が用いられ、ｐ型のドーパント材としてジエチルジンク（(Ｃ2Ｈ5)2Ｚｎ：略称ＤＥＺ）が用いられる。ｐ型クラッド層前駆体２１上にｐ型キャップ層前駆体２２が積層されると、ステップｂ５からステップｂ６へ移行する。
【００５６】
リッジ部形成工程であるステップｂ６は、図４Ａ（ｂ）に示すように、ｐ型クラッド層前駆体２１およびｐ型キャップ層前駆体２２をエッチングすることによってｐ型クラッド層１０およびｐ型キャップ層１１を形成する工程である。具体的には、ｐ型キャップ層前駆体２２の積層方向一方に臨む表面部から積層方向他方に向かって形成すべきｐ型キャップ層１１およびｐ型クラッド層１０の凸条部１４が形成されるようにエッチングする。これによってｐ型クラッド層１０およびｐ型キャップ層１１が活性層９上に形成される、すなわち活性層９上にリッジ部１９を形成することができる。このようにリッジ部９を形成することによって、化合物半導体多層構造２が形成される。化合物半導体多層構造２が形成されると、ステップｂ６が終了する、すなわち化合物半導体多層構造製造工程であるステップａ１が終了し、ステップａ１からステップａ２へ移行する。
【００５７】
絶縁膜形成工程であるステップａ２は、図４Ａ（ｃ）に示すように、化合物半導体多層構造２の一表面部に絶縁膜前駆体２３を積層する工程である。絶縁膜形成工程は、絶縁膜前駆体積層工程と呼ぶ場合があり、図３に示すようにステップａ２とステップｂ７とは同義である。絶縁膜前駆体２３は、化合物半導体多層構造２の一表面部の全面を覆い、リソグラフィ法によってその一部を除去することによって絶縁膜３が形成される絶縁膜３の前駆体である。具体的には、ステップａ２では、化合物半導体多層構造２の一表面部上に、絶縁膜前駆体２３を構成する結晶、すなわち絶縁膜３を構成する結晶をプラズマＣＶＤ法によって結晶成長させて、化合物半導体多層構造２の一表面部上に絶縁膜前駆体２３を積層する。このとき絶縁膜前駆体２３が化合物半導体多層構造２の一表面部から剥離、つまりｐ型クラッド層１０およびｐ型キャップ層１１から剥離することを抑制するために、絶縁膜前駆体２３は、厚みが１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下になるように形成される。ただし絶縁膜前駆体２３は、このような範囲に限定するものではなく、ｐ型クラッド層１０およびｐ型キャップ層１１から剥離することを抑制できる範囲であればよい。本実施の形態では、ＣＶＤ法によってＡｌ2Ｏ3をｐ型クラッド層１０およびｐ型キャップ層１１上に結晶成長させて、化合物半導体多層構造２の一表面部に絶縁膜を積層する。このようにして化合物半導体多層構造２の一表面部に絶縁膜前駆体２３を積層することによって、ステップａ２からステップａ３へ移行する。
【００５８】
保護膜形成工程であるステップａ３は、保護膜前駆体積層工程と膜形成工程とが含まれる。保護膜形成工程では、絶縁膜３および保護膜４を化合物半導体多層構造２の一表面部に形成する工程である。ステップａ３へ移行すると、ステップｂ８が開始する。保護層積層工程であるステップｂ８では、図４Ａ（ｄ）に示すように、絶縁膜前駆体２３上に保護膜前駆体２４を積層する工程である。保護膜前駆体２４は、絶縁膜前駆体２３の全面を覆い、リソグラフィ法によってその一部を除去することによって保護膜４が形成される保護膜４の前躯体である。具体的には、絶縁膜前駆体２３上に、保護膜前駆体２４を構成する結晶、すなわち保護膜４を構成する結晶をプラズマＣＶＤ法によって結晶成長させて、絶縁膜前駆体２３上に保護膜前駆体２４を積層する。このとき保護膜前駆体２４が絶縁膜前駆体２３から剥離、つまり保護膜４が絶縁膜３からの剥離することを抑制するために、保護膜前駆体２４は、厚みが１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下になるように形成される。ただし保護膜前駆体２４の厚みは、このような範囲に限定するものではなく、絶縁膜前駆体２３から剥離することを抑制可能な範囲であればよい。本実施の形態では、ＣＶＤ法によってＳｉＯ2を絶縁膜前駆体２３上に結晶成長させて、絶縁膜前駆体２３上に保護膜前駆体を積層する。このようにして絶縁膜前駆体２３上に保護膜前駆体２４を積層することによって、ステップｂ８からステップｂ９へ移行する。
【００５９】
膜形成工程であるステップｂ９は、図４Ｂで示すようにステップａ２、すなわちステップｂ７で積層される絶縁膜前駆体２３およびステップｂ８で積層される保護膜前駆体２４をリソグラフィ法でその一部を除去し、絶縁膜３および保護膜４を形成する工程である。具体的に説明すると、ステップｂ９では、図４Ｂ（ｅ）に示すように、保護膜前駆体２４上にスピンコート法によってフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜２５を形成する。次に図４Ｂ（ｆ）に示すように、前記フォトレジスト膜２５をフォトマスクで覆う状態で紫外線などのフォトグラフィ用の光を露光して現像し、非形成表面部１６にフォトレジスト膜２５を残し、リッジ部１９の露出面部上方に形成される部分のフォトレジスト膜２５を除去する。さらに図４Ｂ（ｇ）に示すように、フォトレジスト膜２５が除去された部分を下方に向かってエッチングし、保護膜前駆体２３および絶縁膜前駆体２４のリッジ部１９の露出面部２０上方に形成される部分を除去する。このようにして化合物半導体多層構造２上に絶縁膜３および保護膜４を形成することができる。絶縁膜３および保護膜４が形成されると、ステップｂ９が終了、すなわち保護膜形成工程であるステップａ３が終了し、ステップａ４へ移行する。
【００６０】
電極形成工程であるステップａ４は、化合物半導体多層構造２に電極５を積層する工程である。電極形成工程には、オーミック電極積層工程とボンディング用電極形成工程が含まれる。ステップａ４に移行すると、ステップｂ１０が開始する。オーミック電極積層工程であるステップｂ１０は、化合物半導体多層構造２にｐ型オーミック電極１５およびｎ型オーミック電極１２を積層する工程である。具体的には、ステップｂ１０では、化合物半導体多層構造２の積層方向一方側から化合物半導体多層構造２にｐ型オーミック電極１５を構成する金属を真空蒸着させる。換言すると、リッジ部１９の露出面部２０およびフォトレジスト膜２５を覆うようにｐ型オーミック電極１５を構成する金属をリッジ部１９およびフォトレジスト膜２５上に真空蒸着させてｐ型オーミック電極前駆体２６を形成する。ｐ型オーミック電極前躯体２６とは、ｐ型オーミック電極１５の前躯体である。ｐ型オーミック電極前駆体２６を形成後、フォトレジスト膜２５を除去し非形成表面部１６の上方に形成されるｐ型オーミック電極１５を除去することができる。換言すると、リッジ部１９の露出面部２０上にｐ型オーミック電極１５を形成することができる。これによってリッジ部１９にｐ型オーミック電極１５を積層することができる。また化合物半導体多層構造２の積層方向他方側から化合物半導体多層構造２にｎ型オーミック電極１２を構成する金属を真空蒸着させて、ｎ型オーミック電極１２を形成する。これによってｎ型基板６の他表面部にｎ型オーミック電極１２を積層できる。このようにして化合物半導体多層構造２のリッジ部１９にｐ型オーミック電極１５を積層し、ｎ型基板６にｎ型オーミック電極１２を積層できる。本実施の形態では、ｐ型オーミック電極１５は、フォトレジスト膜２５およびリッジ部１９にＡｕおよびＺｎを真空蒸着させて形成される。またｎ型オーミック電極１２は、ｎ型基板６にＡｕおよびＧａを真空蒸着させて形成される。化合物半導体多層構造２にｐ型オーミック電極１５およびｎ型オーミック電極１２を積層すると、ステップｂ１０からステップｂ１１へ移行する。
【００６１】
ボンディング用電極形成工程であるステップｂ１１は、ｐ型オーミック電極１５および保護膜４上にダイボンド電極１８を積層し、ｎ型オーミック電極１２の他表面部にワイヤボンド電極１７を積層する工程である。具体的には、ステップｂ１１は、ｐ型オーミック電極１５および保護膜３４の他表面部を覆うように、前記ｐ型オーミック電極１５および保護膜４にダイボンド電極１８を構成する金属を真空蒸着させてダイボンド電極を形成する。保護膜４の他表面部とは、保護膜４が絶縁膜３と対向する表面部と厚み方向反対側の表面部である。またｎ型オーミック電極１２の他表面部には、前記他表面部を覆うようにワイヤボンド電極１７を構成する金属を真空蒸着させてワイヤボンド電極１７が形成される。本実施の形態では、Ａｕを真空蒸着させることによって、保護膜４およびｐ型オーミック電極１５にダイボンド電極１８を積層し、ｎ型オーミック電極１２にワイヤボンド電極１７を積層する。このようにしてダイボンド電極１８およびワイヤボンド電極１７を積層すると、ステップｂ１１が終了、すなわち電極形成工程であるステップａ４が終了する。ステップａ４が終了すると、ステップａ５へ移行し半導体レーザ素子１の製造方法の手順が終了する。このような製造方法によって半導体レーザ素子１を製造することができる。
【００６２】
このようにして製造される半導体レーザ素子１は、化合物半導体多層構造２の一表面部がｐ型オーミック電極１５が積層される部分を除き絶縁層２７で覆われ絶縁される。絶縁層２７とは、保護膜４と絶縁膜３とを含む層と同義である。絶縁層２７で覆われる部分は、絶縁されるので電流の流れが阻止される。これによってダイボンド電極１８から注入される正孔を、絶縁層２７が形成されないｐ型オーミック電極１５に集中させることができる、すなわち電流狭窄ができる。ｐ型オーミック電極１５は、不純物Ｚｎを含有するＡｕの合金であるので、半導体であるｐ型キャップ層１１とオーミック接触を取ることができる。これによってｐ型オーミック電極１５からｐ型キャップ層１１に電流を流すことができる。したがってｐ型オーミック電極１５を介して、ダイボンド電極１８の正孔をリッジ部１９に注入することができる。これによって凸条部１４の近傍に正孔を集中させることができ、さらに前記集中する正孔は、活性層９に注入される。またワイヤボンド電極１７には、Ｇｅを含有するＡｕの合金であるｎ型オーミック電極１２が積層される。これによってｎ型オーミック電極１２とｎ型基板６との間でオーミック接触を取ることができる。これによってワイヤボンド電極１７の電子は、ｎ型オーミック電極１２を介してｎ型基板６に注入することができる。ｎ型基板６に注入される電子は、ｎ型バッファ層７およびｎ型クラッド層８を介して活性層９に注入される。
【００６３】
このようにして活性層９には、ｐ型クラッド層１０から正孔を注入することができ、ｎ型クラッド層８から電子を注入することができる。これら活性層９に注入される正孔と電子とが発光再結合すると、半導体レーザ素子１内部でレーザ光が生成される。したがってダイボンド電極１８を正に帯電させ、ワイヤボンド電極１７を負に帯電させて、ダイボンド電極１８とワイヤボンド電極１７との間に電流を流すと、半導体レーザ素子１内部で発光再結合してレーザ光を生成する。前記レーザ光は、半導体レーザ素子１内部を導波して増幅され、半導体レーザ素子１の長手方向一方のへき開面から発せられる。このように半導体レーザ素子１は、レーザ光を発光可能に構成される。以下では、半導体レーザ素子１が奏する効果について説明する。
【００６４】
図５は、半導体レーザ素子１の一部を拡大して、絶縁膜３と保護膜４とｐ型クラッド層１０との応力関係を概略示す図である。図５（ａ）は、半導体レーザ素子１の一部を拡大し、絶縁膜３と保護膜４とｐ型クラッド層１０との幅方向の応力関係を概略示す拡大図である。図５（ｂ）は、半導体レーザ素子１の一部を拡大し、絶縁膜４と保護膜３とｐ型クラッド層１０との積層方向の応力関係を概略示す拡大図である。図６は、発せられるレーザ光の遠視野像（Far Field Pattern：略称ＦＦＰ）を示す図であり、図６（ａ）は、ｐ型クラッド層１０にＧａＡｌＡｓが積層される場合のＦＦＰを示す図であり、図６（ｂ）は、ｐ型クラッド層１０にＳｉＮが積層される場合のＦＦＰを示す図であり、図６（ｃ）は、ｐ型クラッド層１０に絶縁層２７が積層される場合のＦＦＰを示す図である。図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、ＦＦＰの縦軸は、レーザ光の出力の最大値に対する百分率であり、横軸は、半値角を示す。ここで仮に絶縁膜３の熱膨張係数と、ｐ型クラッド層１０の熱膨張係数との差が大きい場合に、この半導体レーザ素子１に熱応力が作用する際について説明する。活性層９では、正孔と電子とが発光再結合してレーザ光を発するとともに、正孔と電子とが非発光再結合して熱を生じる。半導体レーザ素子１では、この熱によって図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ｐ型クラッド層１０と絶縁膜３とが熱膨張する。ｐ型クラッド層１０と絶縁膜３とは、結晶成長法によって一体的に形成されているので、熱膨張係数が異なると、互いに拘束し合って熱膨張を妨げる。これによってｐ型クラッド層１０には、熱応力が作用する。
【００６５】
具体的に説明すると、絶縁膜３は、絶縁膜基部２８の厚み方向一表面部が非形成表面部１６に対向するように形成され、その幅方向一端部がリッジ部１９に一体的に形成される。絶縁膜３は、絶縁膜突出部２９の厚み方向一表面部がリッジ部１９に一体的に形成され、その幅方向一端部が非形成表面部１６に形成される。絶縁膜基部２８は、絶縁膜３のうち、幅方向に伸びる板状に形成される部分であり、絶縁膜突出部２９は、絶縁膜基部２８の幅方向一端部から積層方向に突出する部分である。ここでは説明の便宜上、絶縁膜突出部２９には、絶縁膜基部２８の幅方向一端部が含まれるものとする。このように一体的に形成されるので、絶縁膜３が板状部１３の熱膨張係数より大きい場合、絶縁膜３およびｐ型クラッド層１０に熱が加わると、絶縁膜基部２８には、絶縁膜基部２８の熱膨張を抑制するように、ｐ型クラッド層１０から絶縁膜３に対して図５（ａ）に示すような矢符Ｘ２および矢符Ｘ３の圧縮力が作用する。絶縁膜基部２８に圧縮力が作用するので、作用反作用の原理より、この矢符Ｘ３の圧縮力の反力として矢符Ｘ４の圧縮力が凸条部１４に作用する。ｐ型クラッド層１０では、この圧縮力に応じた圧縮応力が生じる。また同時に、絶縁膜３およびｐ型クラッド層１０に熱が加わると、絶縁膜突出部２９には、絶縁膜突出部２９の熱膨張を抑制するように、ｐ型クラッド層１０から絶縁膜３に対して、図５（ｂ）に示すような矢符Ｘ５および矢符Ｘ６の圧縮力が作用する。絶縁膜突出部２９に圧縮力が作用するので、作用反作用の原理より、この圧縮力の反力として矢符Ｘ７の圧縮力が板状部１３に作用する。ｐ型クラッド層１０では、この圧縮力に応じた圧縮応力が生じる。このように絶縁膜３とｐ型クラッド層１０とが一体的に形成され、かつ絶縁膜３の熱膨張係数がｐ型クラッド層１０の熱膨張係数より大きいと、絶縁膜３がｐ型クラッド層１０に圧縮応力を生じさせる。すなわちｐ型クラッド層１０に圧縮熱応力が作用する。
【００６６】
このようにｐ型クラッド層１０に圧縮熱応力が作用すると、活性層９で歪みおよび結晶欠陥が生じる。この活性層９での歪みおよび結晶欠陥によって、正孔および電子が非発光再結合して発熱する。この発熱によって圧縮熱応力を増大させ、結晶欠陥の増加を招く。このように絶縁膜３とｐ型クラッド層１０との熱膨張係数の差が大きい半導体レーザ素子１では、発熱および結晶欠陥の悪循環が生じてバルク劣化を発生する。これによって半導体レーザ素子によって発せられるレーザ光には、バルク劣化に起因するダークリージョン（Dark Region：略称ＤＲ）およびダークライン（Dark Line Defect：略称ＤＬＤ）が発生する。
【００６７】
実施の一形態である半導体レーザ素子１によれば、ｐ型クラッド層１０の熱膨張係数と絶縁膜３の熱膨張係数とが近似する。したがってｐ型クラッド層１０および絶縁膜３の熱膨張量が近似し、ｐ型クラッド層１０に作用する圧縮熱応力を抑制することができる。このようにｐ型クラッド層１０に作用する圧縮熱応力を抑制することによって、活性層９での結晶欠陥の発生が抑制され、バルク劣化の発生も抑制される。このようにバルク劣化の発生が抑制されると、ＤＲおよびＤＬＤの発生を抑制でき、半導体レーザ素子１の発光寿命を従来の半導体レーザ素子１００よりも長くすることができる。換言すると、信頼性の高い半導体レーザ素子１を製造することができる。
【００６８】
また本実施の形態の半導体レーザ素子１では、保護膜４が絶縁膜３に一体的に積層される。保護膜４は、絶縁膜３より熱膨張係数の小さい材料によって形成される。これによって保護膜４は、絶縁膜３に引張応力を作用させる。このようにして絶縁膜３に引張応力が作用すると、絶縁膜３がｐ型クラッド層１０に与える圧縮力が緩和される。つまり保護膜４が見かけ上、ｐ型クラッド層１０に引張力を作用させてｐ型クラッド層１０の圧縮熱応力を緩和する。このように絶縁膜３に保護膜４を積層することによって、ｐ型クラッド層１０の圧縮熱応力を緩和することができる。
【００６９】
具体的に説明すると、保護膜４は、保護膜基部３０の厚み方向一表面部が絶縁膜基部２８の厚み方向他表面部に形成され、その幅方向一端部が絶縁膜突出部３１に一体的に形成される。保護膜４は、保護膜突出部３１の厚み方向一表面部が絶縁膜突出部３１に一体的に形成され、その幅方向一端部が絶縁膜突出部３１に形成される。保護膜基部３０は、保護膜４のうち、幅方向に伸びる板状に形成される部分であり、保護膜突出部３１は、保護膜基部３１の幅方向一端部から積層方向に突出する部分である。ここでは説明の便宜上、保護膜突出部３１には、保護膜基部３０の幅方向一端部が含まれる。このように一体的に形成されるので、保護膜４が絶縁膜３の熱膨張係数より小さい場合、保護膜４および絶縁膜３に熱が加わると、保護膜基部３０には、保護膜基部３０の膨張を促すように、絶縁膜３から保護膜４に対して図５（ａ）に示すような矢符Ｘ８および矢符Ｘ９の引張力が作用する。保護膜基部３０に引張力が作用するので、作用反作用の原理より、この引張力の反力として矢符Ｘ１０の引張力が絶縁膜突出部３１に作用する。また同時に、保護膜４および絶縁膜３に熱が加わると、保護膜突出部３１には、保護膜突出部３１の膨張を促すように、絶縁膜３から保護膜４に対して図５（ｂ）に示すような矢符Ｘ１１および矢符Ｘ１２の引張力が作用する。保護膜突出部３１に引張力が作用するので、作用反作用の原理より、この引張力の反力として矢符Ｘ１３の圧縮力が絶縁膜基部３０に作用する。このように保護膜４を絶縁膜３に一体的に積層すると、保護膜４および絶縁膜３に熱が加わると、保護膜４が絶縁膜３に引張力を与える。それ故、絶縁膜４がｐ型クラッド層１０に与える圧縮力が緩和される。つまり保護膜３が見かけ上、ｐ型クラッド層１０に引張力を作用させてｐ型クラッド層１０の圧縮熱応力が緩和する。このように絶縁膜３に保護膜４を積層することによって、ｐ型クラッド層１０の圧縮熱応力を緩和することができる。このようにしてｐ型クラッド層１０に生じる圧縮熱応力を緩和できるので、活性層９での歪みおよび結晶欠陥を抑制でき、バルク劣化の発生を抑制できる。したがってＤＲおよびＤＬＤが発生することがなく、半導体レーザ素子１の発光寿命を従来の半導体レーザ素子１００よりも長くすることができる。換言すると、従来の半導体レーザ素子集積体１００より信頼性の高い半導体レーザ素子１を製造することができる。本実施の形態では、保護膜４がＳｉＯ２によって形成されているけれども、アルミナより熱膨張係数が小さいＳｉＮおよびＳｉによって保護膜４を形成することによっても、同様にｐ型クラッド層１０の熱応力の緩和をすることができる。
【００７０】
本実施の形態において絶縁膜３には、ｐ型クラッド層１０より発熱源である活性層９から離隔されており、ｐ型クラッド層１０に比べて、活性層９からの熱の伝達量が小さく温度変化も小さい。したがってｐ型クラッド層１０は、熱膨張しやすく、絶縁膜３は熱膨張しにくくなる。それ故、絶縁膜３がｐ型クラッド１０より熱膨張係数を大きいＡｌ2Ｏ3によって形成されることによって、ｐ型クラッド層１０に対する絶縁膜３の熱膨張量の差を小さくし、ｐ型クラッド層１０に生じる圧縮熱応力を小さくできる。これによってｐ型クラッド層１０に生じる熱応力をさらに小さくできる。
【００７１】
活性層９は、その屈折率がｐ型クラッド層１０およびｎ型クラッド層８の屈折率より大きくなるように形成される。これによって導波するレーザ光は、活性層９近傍に閉じ込めることができる。換言すると、導波するレーザ光の縦方向の閉じ込めが可能となる。縦方向とは、積層方向と同義である。絶縁膜３の屈折率がｐ型クラッド層１０の屈折率より小さい。それ故、化合物半導体多層構造２の幅方向中間部の実屈折率が、化合物半導体多層構造２の幅方向両端部の実屈折率に比べて大きくなる。ここで化合物半導体多層構造２の幅方向中間部とは、化合物半導体多層構造２の幅方向においてリッジ部が形成される部分であり、化合物半導体多層構造２の幅方向両端部とは、化合物半導体多層構造２の幅方向において、幅方向中間部を除く部分である。そのため導波するレーザ光は、幅方向中間部近傍に閉じ込められる、すなわち導波するレーザ光の横方向の閉じ込めが可能となる。ここで「幅方向中間部近傍」には、幅方向中間部が含まれ、横方向は、半導体レーザ素子１の幅方向と同義である。本実施の半導体レーザ素子１では、絶縁膜３上に保護膜４が形成されるので、化合物半導体多層構造２の幅方向中間部と両端部との実屈折率差を従来の半導体レーザ素子１００より大きくすることができる。これによってさらに横方向の閉じ込めを強くすることができる。このように導波するレーザ光の横方向の閉じ込めを強くすることができるので、発せられるレーザ光の出力を向上させることができる。
【００７２】
半導体レーザ素子１は、ｐ型クラッド層１０に格子定数が相互に異なる絶縁膜３および保護膜４が積層される。このように格子定数が異なる絶縁膜および保護膜を積層することによって、絶縁膜３および保護膜４が相互にバッファ層の役割を果たす。これによってｐ型クラッド層１０と絶縁膜３との間および絶縁膜３と保護膜４との間の格子整合を可能とし、絶縁膜３および保護膜４が格子緩和すること、すなわち絶縁膜３および保護膜４の剥離を抑制できる。したがって絶縁膜３または保護膜４のいずれか一方だけでは積層不可能な厚みであっても、絶縁層２７をｐ型クラッド層１０に積層することによって、絶縁層２７によって前記厚みを実現することができる。具体的に説明すると、Ａｌ２Ｏ３によって形成される絶縁膜３およびＳｉＯ２によって形成される保護膜４は、約３００ｎｍで剥離する。絶縁膜３と保護膜４とを積層することによって、絶縁層２７の厚みを３００ｎｍ以上にすることができる。この絶縁層２７を積層することによって、従来のように絶縁膜３または保護膜４だけが積層される場合に比べて、絶縁効果が高くすることができる。絶縁効果が高くなると、従来の半導体レーザ素子１００よりも、ワイヤボンド電極１８から注入される正孔をリッジ部１９に集中させることができる。これによって半導体レーザ素子１は、ホールバーニング（Hole Burning）の発生を抑制することができ、安定な横モードのレーザ光を発することができる。またホールバーニングの発生の抑制できることによって、半導体レーザ素子１のキンク発生も抑制できる。
【００７３】
バルク劣化の抑制、安定な横モードのレーザ光の発光およびキンクの抑制は、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、ＳｉＮだけが積層される場合に比べて、絶縁層２７が積層される場合の方がＦＦＰのレーザ光の出力に乱れが少ないことによっても確認することができる。このように半導体レーザ素子１は、バルク劣化の抑制、安定な横モードのレーザ光の発光およびキンクの抑制ができる。また図６（ａ）および（ｃ）に示すように、ＧａＡｌＡｓを積層する場合と絶縁層３および保護層４を積層する場合と、略一致するＦＦＰが得られる。したがって半導体レーザ素子１は、ＧａＡｌＡｓを積層する場合と略同様のＦＦＰを得られるとともに、ＧａＡｌＡｓを積層する場合に比べて、熱応力の抑制および屈折率差を大きくとることができることから、高出力のレーザ光を発光できる。
【００７４】
このようにアルミナを含んで構成される絶縁層３を積層することによって、図６（ｃ）で示すようなレーザ光の出力特性が得られる。図６（ｂ）に示すようなレーザ光の出力特性の乱れは、ｐ型クラッド層１０に作用する熱応力によって生じるので、アルミナを含んで構成される絶縁層３を積層が積層される半導体レーザ素子１は、図６（ｃ）に示すように、レーザ光の出力特性にこのような乱れがなくｐ型クラッド層１０に作用する応力の抑制効果を達成している。また熱膨張係数の差が小さければ、略同温の物体間に作用する熱応力は、小さくなる。したがってアルミナを含んで構成される絶縁層３は、ｐ型クラッド層１０に作用する圧縮熱応力を抑制効果を達成できるので、ｐ型クラッド層１０の熱膨張係数と絶縁膜３の熱膨張係数との差は、ｐ型クラッド層１０とアルミナを含む絶縁層３との熱膨張係数差である３．０×１０−６／Ｋ以下であるであることが特に好ましい。ただし、これ以下であることに限定されず、活性層９に結晶欠陥が生じさせるような熱応力をｐ型クラッド層１０に作用させるものでなければよい。
【００７５】
本実施の形態では、絶縁膜３の熱膨張係数がｐ型クラッド層１０および保護膜４の熱膨張係数より大きい場合について説明しているけれども必ずしもこのような構成に限定されない。たとえば絶縁膜３の熱膨張係数がｐ型クラッド層１０および保護膜４の熱膨張係数より小さい場合、ｐ型クラッド層１０に引張熱応力が作用し、保護膜４が見かけ上ｐ型クラッド層１０に圧縮応力を作用させる。これによってｐ型クラッド層１０に作用する引張熱応力を緩和することができる。
【００７６】
本実施の形態では、ＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザ素子１によって構成されているけれども、必ずしもこのような構成に限定されない。たとえばＧａＮ系の半導体レーザ素子であってもよく、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子であってもよい。またｐ型クラッド層１０には、絶縁膜３と保護膜４とが形成されているけれども、絶縁膜３だけが形成されててもよい。この場合、前記のようにｐ型クラッド層１０と絶縁膜３との熱膨張係数とが近似しているので、ｐ型クラッド層１０に生じる圧縮熱応力または引張熱応力が抑制でき、バルク劣化の抑制できる。これによって従来よりレーザ光の発光寿命を長くすることができる。このように絶縁膜３だけでもレーザ光の発光寿命を長くすることができるので、結晶成長させる膜を少なくすることができ、構造を簡単にすることができる。これによって生産コストの低減を図ることができる。またｐ型クラッド層１０と絶縁膜３との熱膨張係数が近似しない場合であっても、保護膜４を絶縁膜３に積層することによってｐ型クラッド層１０に作用する熱応力を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子１概略示す正面図である。
【図２】半導体レーザ素子１を製造する手順を簡略化して示すフローチャートである。
【図３】半導体レーザ素子１を製造する手順を示すフローチャートである。
【図４Ａ】半導体レーザ素子１を製造する手順を概略示す図である。
【図４Ｂ】半導体レーザ素子１を製造する手順を概略示す図である。
【図４Ｃ】半導体レーザ素子１を製造する手順を概略示す図である。
【図５】半導体レーザ素子１の一部を拡大して、絶縁膜３と保護膜４とｐ型クラッド層１０との応力関係を概略示す図である。
【図６】発せられるレーザ光のＦＦＰを示す図である。
【図７】従来の技術の半導体レーザ素子１００を概略示す正面図である。
【図８Ａ】半導体レーザ素子１００の製造工程を順を追って示す図である。
【図８Ｂ】半導体レーザ素子１００の製造工程を順を追って示す図である。
【図８Ｃ】半導体レーザ素子１００の製造工程を順を追って示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  半導体レーザ素子
２  化合物半導体多層構造
３  絶縁膜
４  保護膜
８  ｎ型クラッド層
９  活性層
１０  ｐ型クラッド層
１９  リッジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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